JP5575634B2 - 超音波表面探傷装置および超音波表面探傷法 - Google Patents
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Description
〔超音波表面探傷装置の構成〕
はじめに、図1を用いて本発明の実施形態の装置構成について説明する。図示のように、この実施形態は、検査対象である被検査体102と、これに超音波を入射するアレイ探触子101、送受信部103、受信信号を表示する表示部104で構成されている。本実施形態の適用先は、例えば、原子力発電所の炉内構造物溶接部100(例えば、制御棒駆動機構スタブチューブ、炉内計装管台ハウジング、シュラウドサポート、シュラウド等)の超音波表面探傷であり、被検査体102は溶接部の断面を示している。なお、本実施形態に記載の方法及び装置は、被検査体102の検査対象範囲の表面形状が平面、もしくは近似的に平面とみなせる場合に適用することが可能である。
〔3次元表面検査画像の表示方法〕
次に、図2に基づいて、フェーズドアレイ法によりアレイ探触子101が浸漬された液体の縦波音速を用いて、被検査体102表面で表面波を発生するディレイパターンを作成し、表面波による被検査体102の3次元表面検査画像を表示する方法について、詳細に説明する。
〔3次元スキャン方式〕
図3に示すように、3次元的なスキャン方式として、ここでは入射角度範囲107が0度を挟んで対称であり、かつセクタ面を180度回転させるセクタ回転スキャン方式を例にとって説明する。ここではセクタの回転角は180度として説明するが、180度以下の回転角でももちろん構わない。さらに、入射角度範囲107は0度を挟んで必ずしも対称である必要はない。3次元的なスキャン方式は様々な種類があり、他の3次元的なスキャン方式でも構わない。
〔3次元形状信号と欠陥信号の取得手順〕
次に、セクタ回転スキャン方式を用いて取得した複数のAスコープ信号を用い、3次元形状信号と3次元欠陥信号を得る手順について、図2および図4を用いて詳しく説明する。
(ステップS401)
被検査体102表面の形状に沿った信号を得るために用いる入射角度範囲Rを設定する。Rはセクタスキャンの入射角度範囲107に含まれる範囲から選択する。Aスコープ信号205に被検査体102表面での縦波反射波信号205Aが表れる範囲を選択するのが好ましい。被検査体102表面の形状にもよるが、入射角度が大きくなると縦波反射波信号205Aが表れなくなってくる。従って、通常は−θCRから+θCRの程度の範囲とする。これ以外の領域はノイズが多くなり検査が困難である。
(ステップS402)
収録された第n番目のセクタを選択する。本処理は、計算機103Aに搭載されている信号処理プログラム中のループ処理によって、自動的に行われる。
(ステップS403)
収録された第m番目のAスコープ信号を選択する。本処理は、計算機103Aに搭載されている信号処理プログラム中のループ処理によって、自動的に行われる。
(ステップS404)
選択された第n番目のセクタに含まれる第m番目のAスコープ信号205について、被検査体102表面での縦波反射波信号205Aのピークの立ち上がりの時間Tinmを求める。アレイ探触子101から被検査体102までの間には液体206以外には何も存在しないため、最初の反射信号が被検査体102表面での縦波反射波信号とみなせる。
(ステップS405)
Tinmを用い、第m番目のAスコープ信号における、被検査体102への入射点PinmのXYZ位置座標(Xinm,Yinm,Zinm)を式2により求める。座標系はセクタ面にX軸とZ軸を含み入射点位置を原点とする。すなわち、セクタ面がXZ平面となる。
(ステップS406)
入射点系列Psnから、第n番目のセクタ断面における被検査体の表面形状(輪郭線)を表す曲線Z=fn(X)を求める。fnは、例えば、Xに関する多項式や適当な関数を仮定し、入射点系列Psnに対する最小二乗法から求める。
(ステップS407)
収録された第m番目のAスコープ信号を選択する。本処理は、計算機103Aに搭載されている信号処理プログラム中のループ処理によって、自動的に行われる。
(ステップS408)
第n番目のセクタに含まれる第m番目のAスコープ信号のTinm以上の時間Tについて、被検査体102表面の形状に沿って表面波207Aが進んだ距離L(T)208を数3で求める。
第n番目のセクタに含まれる第m番目のAスコープ信号のTinm以上の時間Tについて、式4を満たすような補正位置Pg(Xg(T),Yg(T),Zg(T))を求める。ここで座標系はステップS405で定義したのと同じ、セクタ面にX軸とZ軸を含み入射点位置を原点とする座標系である。Yg(T)は常に0であるため特に計算する必要はない。
Z軸周りにセクタを回転させるため、式5を用いて、ステップS409で求めたPgのXYZ位置座標(Xg(T),Yg(T),Zg(T))を回転座標変換し、第n番目のセクタに含まれる第m番目のAスコープ信号の時間Tのデータ点の位置座標(Xw(T),Yw(T),Zw(T))を求める。なお、これらの位置座標には第n番目のセクタに含まれる第m番目のAスコープ信号の時間Tにおける振幅値A(T)が対応する。
(ステップS411)
得られた全てのデータ点群を用いて内挿処理を行い、ボクセル形式の3次元画像データを作成する。内挿処理にはボクセル格子点とデータ点の距離に応じて重みづけをする逆距離荷重法などが用いられることが多いが、他の内挿手法でも構わない。
(ステップS412)
ステップS411で得られた3次元画像データをボリュームレンダリング法などを用いて3次元表示画面104Cに表示させる。
101:アレイ探触子
102:被検査体
103:送受信部
103A:計算機
103B:遅延時間制御部
103C:パルサー
103D:レシーバ
103E:データ収録部
103F:記憶部
104:データ表示部
104A:波形表示画面
104B:2次元表示画面
104C:3次元表示画面
104C1:3次元形状信号
104C2:3次元欠陥信号
105:超音波ビーム
105A:超音波ビーム
105B:縦波反射波
105C:縦波反射波
106:焦点深さ
107:入射角度範囲
108:欠陥
109:セクタ面
201:送信点
202:入射点
203:表面上の点
204:境界面
205:Aスコープ信号
205A:縦波反射波信号
206:液体
207A:表面波
207B:表面波
301:矢印
1031:3次元欠陥画像生成手段
1032:3次元表面画像生成手段
1033:画像合成手段
Claims (8)
- 複数個の配列された圧電素子からなり液体中の被検査体に超音波を送信する超音波センサと、該超音波センサにフェーズドアレイ方式駆動信号を送信するとともに、被検査体からの反射波を受信し、反射波から3次元探傷データを生成する計算機を有する送受信部と、生成した前記3次元探傷データを表示するデータ表示部を備えた固体表面の欠陥を検査する超音波表面探傷装置において、
前記送受信部により、前記超音波センサから発信される超音波の前記被検査体への入射角度を、前記被検査体に表面波を発生させる第一の角度範囲と前記被検査体表面で反射する反射波を再び前記超音波センサで受信する第二の角度範囲を含む範囲において連続的に変化させ、前記被検査体表面の反射波から生成される3次元曲面と同時に、前記被検査体表面の欠陥で反射された前記表面波に起因する反射信号を表面波伝播経路に基づく補正位置に前記データ表示部に3次元画像として表示させることを特徴とする超音波表面探傷装置。 - 請求項1に記載された超音波表面探傷装置において、前記送受信部は、要求される駆動信号のディレイパターンを生成する遅延時間制御部と、生成した駆動信号を前記超音波センサに送信する発信部と、前記被検査体からの反射波を受信するレシーバを有することを特徴とする超音波表面探傷装置。
- 請求項1または2に記載された超音波表面探傷装置において、前記計算機は、前記レシーバで受信した欠陥反射表面波による縦波反射波から3次元画像を生成する3次元欠陥画像生成手段と、表面形状に沿った縦波反射波から3次元画像を生成する3次元表面画像生成手段と、前記3次元欠陥画像生成手段と3次元表面画像生成手段の画像を一つの3次元画像に合成する画像合成手段を有することを特徴とする超音波表面探傷装置。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の超音波表面探傷装置において、前記第一の角度範囲と前記第二の角度範囲を含む範囲で連続的に変化させる走査が複数のセクタ走査の組み合わせにより構成されることを特徴とする超音波表面探傷装置。
- 請求項1乃至4のいずれかに記載の超音波表面探傷装置において、前記3次元曲面を前記第二の角度範囲以外の範囲にまで拡張して表示することを特徴とする超音波表面探傷装置。
- 複数個の配列された圧電素子からなり液体中の被検査体に超音波を送信する超音波センサと、該超音波センサにフェーズドアレイ方式駆動信号を送信するとともに、被検査体からの反射波を受信し、反射波から3次元探傷データを生成する計算機を有する送受信部と、生成した前記3次元探傷データを表示するデータ表示部を備えた超音波表面探傷装置により固体表面の欠陥を検査する超音波表面探傷法において、
前記超音波センサから発信される超音波の前記被検査体への入射角度を、前記被検査体に表面波を発生させる第一の角度範囲と前記被検査体表面で反射する反射波を再び前記超音波センサで受信する第二の角度範囲を含む範囲において連続的に変化させ、前記被検査体表面の反射波から生成される3次元曲面と同時に、前記被検査体表面の欠陥で反射された前記表面波に起因する反射信号を表面波伝播経路に基づく補正位置に前記データ表示部に3次元画像として表示させることを特徴とする超音波表面探傷法。 - 請求項6に記載の超音波表面探傷法において、前記第一の角度範囲と前記第二の角度範囲を含む範囲で連続的に変化させる走査法が、複数のセクタ走査の組み合わせにより構成されることを特徴とする超音波表面探傷法。
- 請求項6または7に記載の超音波表面探傷法において、前記3次元曲面を前記第二の角度範囲以外の範囲にまで拡張して表示することを特徴とする超音波表面探傷法。
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